Исследование трёхфазного мостового выпрямителя

Цель работы – исследовать схему трёхфазного мостового выпрямителя при работе на активную нагрузку и с ёмкостным сглаживающим фильтром.

2.1. Краткие теоретические сведения

В трёхфазном мостовом выпрямителе, собранном по схеме Ларионова (рис.7,б), диоды объединяются в две группы: анодную (на схеме нижняя), в которой объединены аноды, а катоды присоединяются к концам фаз вторичной обмотки трансформатора (диодыVD2, VD4,VD6);

Катодную (на схеме верхняя), в которой объединены катоды, а аноды присоединяются к концам фаз трансформатора (диоды VD1,VD3,VD5).

По отношению к внешней цепи общая точка катодов является положительным, а общая точка анодов – отрицательным полюсом.

В рассматриваемой схеме работают одновременно два диода: один из анодной группы, другой – из катодной. В катодной группе в течении одной трети периода работает тот диод, у которого потенциал анода (относительно общей точки катодов) наиболее высокий. В анодной группе потенциалы всех анодов одинаковы, и в данную часть периода работает диод, у которого катод имеет наибольший отрицательный потенциал относительно общей точки анодов. Очерёдность работы диодов можно проследить по временным диаграммам (рис. 8, б). В паре с диодом VD1 работают поочерёдно диоды (в течение интервала ) диодыVD4 и VD6 из анодной группы. Вместе с открытым диодом VD3 работают диоды VD2 и VD6 и т.д. Интервал проводимости каждого диода составляет (рис.8,б). Особенность работы схемы заключается в том, что на интервале проводимости одного диода из анодной группы происходит переключение двух диодов из катодной группы и наоборот, т. е. интервал совместной работы двух диодов равен.

Таким образом, за период сетевого напряжения происходит шесть переключений диодов, поэтому схему называют шестипульсной.

Через диоды нагрузка в любой момент времени присоединяется к двум фазам вторичной обмотки трансформатора (см. рис. 7,б). Поэтому выпрямленное напряжение u_Н описывается кривой междуфазного (линейного) напряжения u_2Л. Частота пульсаций напряжения u_Н в шесть раз превышает частоту напряжения сети.

Обратное напряжение на диоде в данной схеме равно линейному напряжению, так как катод неработающего диода присоединён к одной из фаз, а анод через работающий диод – к другой фазе вторичной обмотки.

Среднее значение выпрямленного напряжения находят по среднему значению напряжения u_Н за период повторяемости :

. (2.1)

Напряжение на нагрузке по сравнению с трёхфазной схемой с нулевым выводом получается вдвое большим. Это объясняется тем, что трёхфазная мостовая схема выпрямителя представляет собой как бы две трёхфазные схемы с нулевым выводом, выходы которых включены последовательно. При заданном напряжении U_Н здесь требуется вдвое меньшее напряжение U₂:

, (2.2)

что сокращает число витков вторичных обмоток трансформатора и снижает требования к изоляции.

Поскольку период повторяемости кривой u_Н равен , трёхфазная мостовая схема эквивалентна шестифазной в отношении коэффициента пульсации и частоты её первой гармоники. Коэффициент пульсаций по первой гармонике находят подстановкой в выражение (1.6)m = 6, откуда следует, что амплитуда первой гармоники пульсации составляет 5,7% от напряжения U_Н против 25% для трёхфазной схемы с нулевым выводом. Частота первой гармоники пульсации шестикратна частоте питающей сети и равна 300 Гц (при f_С = 50 Гц), вторая гармоника имеет частоту 600 Гц и т. д.

Поскольку вентиль проводит ток в течение трети периода, среднее значение анодного тока

. (2.3)

Кривые токов вентилей показаны на рис. 8 б.

Как и в трёхфазной схеме с нулевым выводом, кривая обратного составляется из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора и её максимальная величина равна амплитуде линейного напряжения U_{VD обр m} = . Однако ввиду вдвое большего среднего значения напряжения на нагрузке соотношение междуU_{VD обр m} и U_Н здесь получается более предпочтительным, чем в трёхфазной с нулевым выводом:

. (2.4)

Таким образом, вентили в трёхфазной мостовой схеме следует выбирать на напряжение близкое к U_Н.

Действующее значение вторичного тока

. (2.5)

Ток первичной обмотки трансформатора связан с током его вторичной обмотки коэффициентом трансформации (i₁ = i₂ / n , где ):

. (2.6)

Коэффициент трансформации n находят из соотношения напряжений обмоток:

(2.7)

Расчётные мощности первичных и вторичных обмоток равны, в связи с чем им равна и расчётная (типовая) мощность трансформатора:

. (2.8)

В соответствии с формулой (2.8) трансформатор мостовой схемы выпрямителя выбирают на мощность, близкую к мощности нагрузки, что также является преимуществом этой схемы.